Геном человека Международные проект Геном человека

Геном человека

Международные проект «Геном человека» • Был начат в 1988 г. Это один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в истории науки. • Если в 1990 г. на него было потрачено около 60 млн. долларов в целом, то в 1998 г. одно только правительство США израсходовало 253 млн. долларов, а частные компании – и того больше.

• В проекте задействованы несколько тысяч ученых из более чем 20 стран. • С 1989 г. в нем участвует и Россия, где по проекту работает около 100 групп. • Все хромосомы человека поделены между странами-участницами, и России для исследования достались 3 -, 13 - и 19 -я хромосомы.

Основная цель проекта • выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т. е. полностью картировать все гены человека. • Проект включает в качестве подпроектов изучение геномов собак, кошек, мышей, бабочек, червей и микроорганизмов.

Что же представляет собой основной предмет проекта – геном человека? • Известно, что в ядре каждой соматической клетки (кроме ядра ДНК есть еще и в митохондриях) человека содержится 23 пары хромосом, каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. • Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке равна приблизительно 2 м, они содержат около 3, 2 млрд. пар нуклеотидов. • Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5 х1013) составляет 1011 км

Уровни компактизации хроматина В ядре существует механизм «насильственной» укладки ДНК в виде хроматина – включающий 4 уровня компактизации, описываемые моделью складчатой нити

Первый уровень нуклеосомный • предполагает организацию ДНК с гистоновыми белками – образование нуклеосом. • Две молекулы специальных нуклеосомных белков образуют октамер в виде катушки, на которую наматывается нить ДНК. • На одной нуклеосоме размещается около 200 пар оснований. • Между нуклеосомами остается фрагмент ДНК размером до 60 пар оснований, называемый линкером. • Этот уровень укладки позволяет уменьшить линейные размеры ДНК в 6– 7 раз.

Второй уровень • нуклеосомы укладываются в фибриллу (соленоид). Каждый виток составляет 6 -7 нуклеосом, при этом линейные размеры ДНК уменьшаются до 1 мм, т. е. в 25 -30 раз.

Третий уровень (хроматидный) • петельная укладка фибрилл – образование петельных доменов, которые под углом отходят от основной оси хромосомы. • Их можно увидеть в световой микроскоп как интерфазные хромосомы типа «ламповых щеток» .

Четвертый уровень хромосомный Поперечная исчерченность, характерная для митотических хромосом, отражает в какой-то степени порядок расположения генов в молекуле ДНК.

3 Структурные гены (уникальные последовательности) • типа ДНК • Умеренно повторяющиеся последовательности (1000 раз)-служебные гены • Часто повторяющиеся последовательности (1 000 раз)- интроны, спейсеры и пр. • Еще в 1996 г. считалось, что у человека около 100 тыс. генов, сейчас специалисты по биоинформатике предполагают, что в геноме человека не более 60 тыс. генов, причем на их долю приходится всего 3% общей длины ДНК клетки, а функциональная роль остальных 97% пока не установлена.

Успехи расшифровки геномов • Первым крупным успехом стало полное картирование в 1995 г. генома бактерии Haemophilus influenzae. • Позднее были полностью описаны геномы еще более 20 бактерий, среди которых возбудители туберкулеза, сыпного тифа, сифилиса и др. • В 1996 г. картировали ДНК первой эукариотической клетки – дрожжей • В 1998 г. впервые был картирован геном многоклеточного организма – круглого червя Caenorhabolitis elegans. • К 1998 г. установлены последовательности нуклеотидов в 30 261 гене человека, т. е. расшифрована примерно половина генетической информация человека.

Примерное распределение генов человека по их функциям. 1 – производство клеточных материалов; 2 – производство энергии и ее использование; 3 – коммуникации внутри и вне клеток; 4 – защита клеток от инфекций и повреждений; 5 – клеточные структуры и движение; 6 – воспроизводство клеток; 7 – функции не выяснены.

Данные по количеству генов, вовлеченных в развитие и функционирование некоторых органов и тканей человека Название органа, ткани, клетки Слюнная железа Щитовидная железа Гладкая мускулатура Молочная железа Поджелудочная железа Селезенка Желчный пузырь Тонкий кишечник Плацента Скелетная мышца Белая кровяная клетка Семенник Кожа Мозг Глаз Легкие Сердце Эритроцит Печень Матка Количество генов 17 584 127 696 1094 788 297 1290 735 2164 370 620 3195 547 1887 1195 8 2091 1859

• За последние годы были созданы международные банки данных о последовательностях нуклеотидов в ДНК различных организмов и о последовательностях аминокислот в белках. • В 1996 г. Международное общество секвенирования приняло решение о том, что любая вновь определенная последовательность нуклеотидов размером 1– 2 тыс. оснований и более должна быть обнародована через Интернет в течение суток после ее расшифровки, в противном случае статьи с этими данными в научные журналы не принимаются.

• В мире каждый сотый ребенок рождается с каким-либо наследственным дефектом. • К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. – наследственные. • Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. • Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др. • В перечне приведены некоторые болезни, возникающие в результате повреждения генов, структура которых полностью расшифрована к 1997 г.

Методы борьбы с наследственными болезнями • • • Название болезни 1. Хpoнический грануломатоз 2. Кистозный фиброз 3. Болезнь Вильсона 4. Ранний рак груди/яичника 5. Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса 6. Атрофия мышц позвоночника 7. Альбинизм глаза 8. Болезнь Альцгеймера 9. Наследственный паралич 10. Дистония • Адресная доставка лекарств в пораженные клетки • Введения нормальных копий поврежденного гена • Включение и выключение боковых путей метаболизма

Алкоголизм • Предрасположенность к алкоголизму или наркомании тоже может иметь генетическую основу. • Открыто уже семь генов, повреждения которых связаны с возникновением зависимости от химических веществ. • Из тканей больных алкоголизмом был выделен мутантный ген, который приводит к дефектам клеточных рецепторов дофамина – вещества, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга. • Недостаток дофамина или дефекты его рецепторов напрямую связаны с развитием алкоголизма. • В четвертой хромосоме обнаружен ген, мутации которого приводят к развитию раннего алкоголизма и уже в раннем детстве проявляются в виде повышенной подвижности ребенка и дефицита внимания.

ВИЧ • мутации генов не всегда приводят к негативным последствиям – они иногда могут быть и полезными. Так, известно, что в Уганде и Танзании инфицированность СПИДом среди проституток доходит до 60– 80%, но некоторые из них не только не умирают, но и рожают здоровых детей. Видимо, есть мутация (или мутации), защищающая человека от СПИДа. Люди с такой мутацией могут быть инфицированы вирусом иммунодефицита, но не заболевают СПИДом. В настоящее время создана карта, примерно отражающая распределение этой мутации в Европе. Особенно часто (у 15% населения) она встречается среди финно-угорской группы населения.

• По последовательностям ДНК можно устанавливать степень родства людей, а по митохондриальной ДНК – точно устанавливать родство по материнской линии. • Разработан метод «генетической дактилоскопии» , который позволяет идентифицировать человека по следовым количествам крови, чешуйкам кожи и т. п. Этот метод с успехом применяется в криминалистике – уже тысячи людей оправданы или осуждены на основании генетического анализа. • Сходные подходы можно использовать в антропологии, палеонтологии, этнографии, археологии и даже в такой, казалось бы, далекой от биологии области, как сравнительная лингвистика.

Итог • Главная задача будущих исследований – это изучение однонуклеотидных вариаций ДНК в клетках разных органов и выявление различий между людьми на генетическом уровне. • Это позволит создавать генные портреты людей и, как следствие, эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, выявлять различия между популяциями, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке и т. д.